Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследований 16
1.1 Потребность растений яблони в питании и основные способы применения удобрений в интенсивных садах яблони 16
1.2 Влияние удобрений на свойства почвы 26
1.3 Влияние различных способов внесения минеральных удобрений на физиологическое состояние растений яблони 40
1.4 Влияние оптимизации минерального питания на урожайность насаждений яблони и качество плодов 50
1.5 Некоторые аспекты диагностики минерального питания растений 53
1.6 Минеральное питание и лежкоспособность плодов яблони 55
2 Условия, объекты, место и методика проведения исследований 59
2.1 Почвенно-климатические условия в годы проведения наблюдений 59
2.2 Место проведения исследований 66
2.3 Объекты исследований 66
2.4 Методика проведения исследований 68
3 Влияние капельного орошения и фертигации на состояние почвы в интенсивных садах яблони 81
3.1 Изменение почвенного профиля и структуры почвы под влиянием мероприятий по оптимизации минерального и водного режимов 81
3.1.1 Влияние капельного орошения и фертигации на почвенный профиль 82
3.1.2 Изменение некоторых физико-химических свойств почвы под влиянием капельного орошения и фертигации 88
3.2 Содержание основных элементов питания и их распределение в различных слоях почвы 92
3.2.1 Содержание легкогидролизуемого азота при фертигации и капельном орошении 94
3.2.2 Влияние фертигации и капельного орошения на доступный фосфор 98
3.2.3 Изменение содержания обменного калия под влиянием фертигации и капельного орошения 103
3.2.4 Распределение подвижного кальция в почве при фертигации и капельном орошении 108
3.3 Микробиологическая активность ризосферы и доступность элементов минерального питания 112
3.4 Влияние капельного орошения и внесения удобрений на рН почвы 119
3.5 Особенности методического подхода к оценке обеспеченности почвы азотом 123
4 Особенности физиологического состояния растений яблони в интенсивных садах 129
4.1 Минеральный состав плодов и листьев яблони 129
4.1.1 Содержание общего азота в листьях и плодах при внесении минеральных удобрений 129
4.1.2 Содержание общего фосфора в листьях и плодах при внесении минеральных удобрений 139
4.1.3 Содержание валового калия в листьях и плодах при внесении минеральных удобрений 151
4.1.4 Содержание общего кальция в листьях и плодах при внесении минеральных удобрений 169
4.2 Активность каталазы под влиянием некорневых подкормок 192
4.3 Ростовая активность растений яблони при внесении минеральных удобрений 198
4.4 Влияние различных способов оптимизации минерального питания на фотосинтетическую активность листьев 203
4.5 Возможность проведения растительной диагностики питания за счет рефлексии света от листовой пластинки 206
5 Урожайность яблони и качество плодов в интенсивном саду 229
5.1 Формирование компонентов продуктивности под влиянием различных методов оптимизации минерального питания 220
5.2 Урожайность яблони под влиянием корневого и некорневого питания 229
5.3 Биохимический состав плодов съемной зрелости, как один из важнейших параметров оценки их качества 250
5.3.1 Содержание аскорбиновой кислоты в плодах 251
5.3.2 Содержание сахаров в плодах 259
5.3.3 Содержание титруемых кислот в плодах 265
6 Влияние различных способов оптимизации минерального питания на лежкоспособность плодов 271
6.1 Изменение биохимического состава плодов под влиянием различных способов внесения удобрений 271
6.1.1 Изменение содержания аскорбиновой кислоты в плодах в процессе хранения 271
6.1.2 Изменение сахарокислотного индекса в плодах яблони в процессе хранения 271
6.2 Физиологические расстройства плодов при использовании удобрений 286
6.3 Твердость мякоти и потеря массы плодов под влиянием различных способов применения удобрений 291
7 Научное обоснование отдельных компонентов системы применения удобрений в интенсивных насаждениях яблони 307
7.1 Особенности азотного и калийного питания яблони под влиянием фертигации 307
7.1.1 Азотное питание яблони в интенсивном саду 307
7.1.2 Калийное питание яблони и особенности его диагностики 314
7.2 Определение средней нормы внесения минеральных удобрений с поливной водой в условиях ЦЧР 317
7.3 Определение количества фертигационных поливов 320
7.4 Необходимость системного применения некорневых подкормок в интенсивных садах яблони 322
7.5 Реакция растений различных привойно-подвойных комбинаций на фертигацию 326
7.6 Совершенствование методических подходов в опытах с минеральными удобрениями в интенсивных садах яблони 328
8 Способы оптимизации обеспечения растений элементами питания и их экономическая эффективность 338
Заключение 345
Рекомендации производству и науке 348
Список использованной литературы 350
Приложения 423
- Влияние удобрений на свойства почвы
- Микробиологическая активность ризосферы и доступность элементов минерального питания
- Урожайность яблони под влиянием корневого и некорневого питания
- Совершенствование методических подходов в опытах с минеральными удобрениями в интенсивных садах яблони
Введение к работе
Актуальность исследований. Для широкого применения фертигации в садах ЦЧР необходимо детально изучить ряд проблем, которые сдерживают ее внедрение в этом регионе: особенности распределения элементов питания в почве с учетом локализации в зонах внесения, влияние на физические свойства почвы и ее микробиологическую активность, влияние на физиологическое состояние и продуктивность растений яблони и т.д. Для повышения эффективности фертигации, как весьма действенного способа оптимизации минерального питания, необходимо ее правильное сочетание с некорневыми подкормками яблони.
В садах интенсивного типа в целях повышения урожайности и обеспечения высокого качества плодов необходимо на фоне фертигации внедрение пофазных систем некорневых подкормок комплексом макро- и микроэлементов с включением при необходимости различных биостимуляторов.
Актуальность данной работы заключается в комплексном подходе к решению проблем минерального питания в интенсивных высокопродуктивных насаждениях яблони в условиях ЦЧР. Оптимальное обеспечение растений минеральными веществами при снижении норм удобрений за счет фертигации позволит получать более высокие урожаи качественных плодов, что, с одной стороны, повысит рентабельность производства, а с другой – снизит химическое воздействие на садовый агроценоз.
Степень разработанности темы исследований. Работой над проблемой минерального питания яблони занимались многие отечественные и зарубежные ученые. Достаточно подробно различные аспекты, связанные с питанием растений и применением удобрений, рассматривались в работах С.П. Антошина (1932), П.К. Урсуленко (1956), М.Н. Язвицкого (1965), А.К. Приймак (1955), Г.М. Семенюк (1983), В.И. Бабук (1975), Н.Д. Спиваковского (1984), В.М. Лебедева (1985), К.Н. Кондратьева (1990), Т.Н. Дорошенко с коллегами (2012), А.К. Кондакова (2007), В.П. Поповой (2004), С.И. Коновалова (2011), Е.В. Леоничевой с коллегами (2014), Ю.В. Трунова (2016) и многих других авторов в нашей стране. Также больше внимание удобрению яблони уделяли и за рубежом, где большой вклад в исследования внесли D. Boynton (1954), M. Faust (1979), D.J.F. Bowling (1979), D. Atkison (1980), D. Swietlik (1984), J. Tromp (1979), I.B. Ferguson (1970), A. Sadowski (1990), P. Quast (1986), D. Nfe с коллегами (1990), J.H. Nielsen (1999), M.Tagliavini с коллегами (2000), E. Fallahi и T. Eichert (2013) и другие ученые.
Работы этих авторов, как отечественных, так и зарубежных, вносят огромный вклад в развитие теории минерального питания, но в уточнении нуждаются некоторые элементы оптимизации обеспечения питательными веществами высокопродуктивных садов яблони с высокой плотностью посадки в ЦЧР, что позволит значительно интенсифицировать плодоводство региона.
Цель исследований: повышение продуктивности и устойчивости растений в интенсивных насаждениях яблони на основе оптимизации минерального и водного режимов и поддержания высокого плодородия почвы.
Задачи исследований:
1. Изучить влияние различных способов оптимизации минерального питания на биологические и физико-химические свойства почвы.
-
Выявить воздействие разных способов обеспечения растений минеральным питанием на их физиологическое состояние, продуктивность и качество плодов яблони.
-
Определить влияние различных способов внесения удобрений в саду на хранение плодов яблони.
-
Уточнить параметры листовой и почвенной диагностики минерального питания яблони в интенсивном саду.
-
Разработать и уточнить отдельные компоненты технологии внесения минеральных удобрений в интенсивных насаждениях яблони.
-
Оценить экономическую эффективность предлагаемых способов оптимизации минерального питания.
Научная новизна исследований. Впервые в условиях ЦЧР проведена оценка влияния капельного орошения и фертигации на содержание основных элементов питания, физические и химические свойства почвы и ее микробиологическую активность.
Впервые в условиях региона проведена комплексная оценка влияния различных способов внесения удобрений на формирование урожая и физиологическое состояние растений яблони, качество плодов и их лежкоспособность.
Усовершенствованы элементы технологии пофазных систем некорневых подкормок яблони с учетом физиологического состояния растений и погодных условий ЦЧР. Определены средние нормы внесения удобрений через систему капельного полива и детализировано распределение элементов питания в соответствии с фазами развития растений.
Уточнен способ оценки содержания доступного азота для почвенной диагностики питания растений. Разработаны подходы к методу недеструктивной диагностики минерального питания яблони на основе спектрометрии света, отраженного листовой пластиной.
Теоретическая значимость исследований. На основании полученных новых знаний по особенностям минерального питания растений в интенсивных садах ЦЧР сформирован комплексный подход для достижения максимальной продуктивности (30-40 т/га) насаждений яблони при высоком качестве плодов.
При капельном орошении и фертигации в луговато-черноземной и серой лесной почвах выявлены особенности процессов локализации элементов питания, ее физико-химического состояния микробиологической активности, что позволит регулировать плодородие почв.
Разработаны принципы формирования системы некорневых подкормок в соответствии с фазами развития растений яблони. Определено влияние изучаемых агроприемов (листовые подкормки, фертигация) на поступление элементов питания в растение, что позволит скорректировать нормы внесения удобрений без ущерба для окружающей среды.
Разработан методический подход к осуществлению недеструктивной диагностики минерального питания яблони с помощью спектрометрии отражения света от листовой пластины.
Практическая значимость исследований. Установлено влияние различных способов применения удобрений на урожайность насаждений и разработаны рекомендации по оптимизации минерального питания в интенсивных садах.
Подготовлены 3 технологических регламента применения минеральных удобрений в интенсивных садах яблони, позволяющие увеличить производство плодов при одновременном улучшении качества продукции. Разработанные приемы прошли производственные испытания и внедрены в технологические работы в интенсивных насаждениях яблони в специализированных хозяйствах ЦЧР: АО «Дубовое», ООО «Красинское», ОАО «Агроном-сад», АО учхоз-племзавод «Комсомолец», КФХ «Вейделевские сады», ЗАО «Агрофирма 15 лет Октября», ФГБНУ ФНЦ им. И.В. Мичурина на общей площади 221,2 га.
По результатам исследований уточнены показатели оптимального содержания отдельных элементов минерального питания в листьях и плодах у некоторых сортов яблони для улучшения методов растительной диагностики питания. Определен тип соединений азота в почве, наиболее подходящий для почвенной диагностики питания растений.
Результаты проведенных исследований внедрены в учебный процесс (в форме 3
учебно-методических комплексов) подготовки магистров по направлению 35.04.05
«Садоводство», аспирантов по направленности 06.01.08 «Плодоводство,
виноградарство».
Методология и методы исследований. Нами использован системный комплексный подход к научному изучению минерального питания плодовых культур и проведению опытов с удобрениями по общепринятым методам проведения экспериментов: Программа и методика сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур (1999), Методические указания по закладке и проведению опытов с удобрениями в плодовых и ягодных насаждениях (1981), Опыты с удобрениями в садах, ягодниках и виноградниках (1970). При проведении исследований использованы методы: полевые, лабораторные, статистического и экономического анализов.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Программа фертигации в интенсивных яблоневых садах в условиях ЦЧР с учетом обеспеченности почвы элементами питания, физиологических потребностей растений по фазам роста и развития.
-
Программа внесения азотных удобрений, разработанная на оценке содержания легкогидролизуемой формы азота в почве.
-
Система некорневых подкормок макро- и микроэлементами в периоды наибольшей востребованности растений в дополнение к корневому питанию в целях увеличения урожайности, качества плодов и улучшения их лежкоспособности.
-
Подход к методу недеструктивной диагностики обеспеченности растений яблони элементами минерального питания на основе спектрометрии света, отраженного листовой пластиной.
Степень достоверности и апробация результатов исследований. Основные исследования выполнялись в соответствии с тематическими планами НИР, результаты которых ежегодно докладывались на заседаниях кафедры агрохимии, почвоведения и агроэкологии, Ученом совете Плодоовощного института им. И.В. Мичурина ФГБОУ ВО Мичуринский ГАУ, на заседаниях отдела экологии сада ФГБНУ «Федеральный научный центр им. И.В. Мичурина» с обсуждением и утверждением. Достоверность и обоснованность результатов научных исследований, проведенных лично автором или с его непосредственным участием, подтверждены проведенным статистическим анализом материала с принятым уровнем вероятности Р=0,95. Результаты исследований
доложены на международных конференциях за рубежом: «Nhrstoff- und Wasserversorgung der Pflanzenbestnde unter den Bedingungen der Klimaerwrmung» Bernburg (Германия, 2012); «Плодоводство Беларуси: традиции и современность», Самохваловичи (Беларусь, 2015); VIII ISHS Symposium on Mineral Nutrition of Fruit Crops, Bolzano (Италия, 2017); международных конференциях в России: в Москве (2011, 2012, 2014, 2015, 2018); Мичуринске (2010, 2011, 2012, 2013, 2015, 2016, 2017); Саратове (2012); Хвалынске (2013); Махачкале (2013); Краснодаре (2014); Орле (2015).
Основные публикации по теме исследований. Основные результаты работ по теме диссертации опубликованы в 62 научных статьях в журналах и материалах конференций, в т.ч. 31 научная статья в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 8 публикаций в зарубежных источниках. Автор принимал непосредственное участие в разработке 5 рекомендаций по оптимизации минерального питания яблони в интенсивных садах: «Закладка и возделывание слаборослого сада яблони в средней полосе России» (1998), «Технология закладки и возделывания интенсивных яблоневых садов в средней зоне садоводства РФ», (2007), «Система производства плодов яблони в интенсивных садах средней полосы России» (2011), «Интенсивные сады яблони средней полосы России (2016), «Применение удобрений в интенсивных садах яблони ЦЧР» (2018).
Личный вклад автора. Автором лично сформулированы цель и задачи исследований, разработаны методология и методика их проведения, проведены полевые исследования и различные лабораторные анализы по влиянию способов применения удобрений на параметры жизнедеятельности растений и свойства почвы, а также влияния удобрений на особенности хранения плодов, проведена обработка полученных данных и их интерпретация, выполнена математическая обработка результатов.
Автор выражает глубокую благодарность за помощь в проведении работы академику РАН, проф. д.с.-х.н. В.А. Гудковскому, д.с.-х.н. Н.Я. Каширской, д.б.н. Л.В. Степанцовой, проф. д.э.н. Б.И. Смагину, проф., д.т.н. А.С. Ильинскому, к.с.-х.н. Г.Н. Пугачеву.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 8 глав, заключения, рекомендаций, списка использованной литературы, который включает 1008 источников, в т.ч. 444 на иностранных языках и приложений. Работа изложена на 348 страницах машинописного текста (без списка литературы и приложений), содержит 84 таблицы, 85 рисунков, 22 страницы приложений.
Влияние удобрений на свойства почвы
Рассматривая процесс внесения удобрений в почву не только как способ оптимизации питания растений, а как антропогенный фактор воздействия на окружающую среду в условиях агрофитоценоза сада, следует принимать во внимание тот факт, что они также могут влиять на процессы в почве, в частности, на мобилизацию почвенного азота, что еще более отчетливо происходит при орошении (Носко и др., 2005; Надежкина 2006). Однако, дробное внесение азота путем фертигации не способствует накоплению Nmin в период наибольшей минерализационной активности, что особенно важно, т.к. этот период продолжается значительно дольше, чем время наиболее высокой потребности в азоте (Цибулько, 2007; Носко, Малюк, 2010). Высокое содержание некоторых элементов питания в почве далеко не всегда является гарантией обеспечения потребностей растений, поскольку не всегда элементы питания могут быть доступны для поглощения. Например, в большинстве почв, особенно если они достаточно аэрируемые, содержание железа достаточно высокое, но его биологическая активность, как правило, относительно низкая, т.к. представлено оно в основном плохо растворимыми трехвалентными соединениями (Rout, Sachoo, 2015).
В ряде опытов авторами отмечено увеличение кислотности почвы при фертигации. Так, фертигация аммонийным азотом снижала рН почвы в опытах Haynes и Swift (1986). Также уменьшение рН почвы отмечено при фертигации аммонийным азотом в сочетании с фосфорными удобрениями (Parchomchuk, et. al, 1993), при этом происходило вымывание некоторых катионов (Neilsen et al., 1995). Свойства почвы определяют скорость трансформации веществ и энергии, направленность биогеохимических циклов, активность почвенной биоты (Сычева, 2014; Резвякова, Гурин, 2017), которые могут ограничивать доступность элементов питания.
В условиях современного сельского хозяйства одной из самых актуальных проблем является преодоление деградации почв и сохранение почвенного плодородия. В качестве оценки плодородия почвы давно используется содержание гумуса (Докучаев, 1936). По сообщению целого ряда ученых, содержание гумуса в черноземных почвах в России сократилось почти в 2 раза за прошедшие 100 лет (Ковда, 1985; Ковда, Пачепский, 1989). Определенную роль в снижении содержания гумуса в почвах сыграли минеральные удобрения. Результаты обобщения данных, полученных в многочисленных длительных опытах с удобрениями, показывают, что в срок до 30 лет содержание гумуса в дерново-подзолистых почвах снижается до 15% (Поляков, Шевцова, 1988; Кудеяров и др., 1990).
В основном это связано с тем, что при длительном внесении минеральных удобрений трансформируется количественная взаимосвязь между гуминовыми и фульвокислотами, что приводит к увеличению сахаридных и кислородсодержащих соединений, а также белковоподобных остатков (Бродский и др., 1988; Языкова, 1978). Как правило, внесение минеральных удобрений приводило к уменьшению количества гуминовых кислот (Гамзиков и др., 1989, Корчагин и др, 2013). Дегумификация почв может иметь очень серьезные последствия и не только для сельского хозяйства. Основным компонентом (50-60%) гумусовых соединений является углерод. При минерализации гумуса выделяется до 20% углекислого газа, образовавшегося в результате антропогенной деятельности, появилось вследствие распада почвенной органики (Добровольский, Никитин, 1990).
Весьма опасным последствием применения минеральных удобрений может быть изменение кислотности почвы. Оптимальное значение рН почвы для большинства культур 6,0-6,5, для яблони этот показатель 5,6-6,8 (Лебедев, 1985). Увеличение кислотности, как правило, приводит к угнетению растений (Безуглов, Гогмачадзе, 2009). Так, при ежегодном внесении N100P70K100 в течении 25 лет в слое 0-20 см актуальная кислотность дерново-подзолистой почвы снизилась с 4,9 до 4,0, а насыщенность обменными основаниями с 69,4% до 48,2% (Гомонова, 1980; Жукова, Благовещенская, 1981). Снижение кислотности почвы ведет к снижению эффективности применяемых удобрений (Авдонин, 1979). Это связано с тем, что подкисление почвенного раствора увеличивает мобильность соединений алюминия, железа и марганца, что в свою очередь может угнетать рост и развитие растений (Сапожников, Корнилов, 1977).
Еще одним негативным последствием влияния удобрений на почвенные характеристики является увеличение мобильности ряда микроэлементов в почве, что увеличивает геохимическую миграцию бора, цинка, меди и марганца. Они могут вымываться в более глубокие слои почвы, и может ощущаться дефицит этих элементов (Головина и др., 1984). Т.е. ежегодное внесение в почву азотных, фосфорных и калийных удобрений должно сопровождаться применением микроудобрений (Смирнова и др., 1985).
Длительное применение минеральных удобрений в высоких нормах также может оказать негативное воздействие и на агрофизические свойства почвы (Кудзин, Гниненко, 1969; Шконде, Благовещенская, 1982). Может возрастать плотность упаковки микроагрегатов, снижаться порозность и доля частиц губчатого микросложения с одновременным увеличением количества неагргативного материала (Медведев, 1988; Поляков, Шевцова, 1988). Применение минеральных удобрений может оказывать заметное негативное влияние на различные свойства почвы, но в настоящее время сельскохозяйственная и садоводческая практика не могут отказаться от использования минеральных удобрений. В качесте важнейшей задачи при разработке систем удобрений сельскохозяйственных культур необходимо рассматривать поддержание продуктивности насаждений на высоком уровне при одновременном уменьшении негативного воздействия на окружающую среду.
Изменение физических и химических свойств почвы под влиянием фертигации и орошения. Деградация почвенного плодородия, недостаток элементов питания, развитие процессов разрушающих структуру почвы являются наиболее значимыми затруднениями, препятствубщими развитию сельскохозяйственного производства (Жученко, 1994). На основании длительного мониторинга почв (2000-2009 гг.) Белгородской области С.В. Лукин с коллегами (2011) сообщили об отрицательном балансе азота в земледелии. Из всех элементов питания растений азот является уникальным в том смысле, что при относительно высоком содержании в растениях он изначально отсутствовал в материнских горных породах. Практически все соединения азота, встречающиеся в природе, обладают высокой подвижностью, что исключает накопление его больших запасов, сконцентрированных в одном месте. Азот поступает в почву с атмосферными осадками, остатками живых организмов, а также с внесением удобрений (Лукин и др, 2011). Важнейшим источником его является фиксация атмосферного азота свободноживущими и клубеньковыми бактериями (Прянишников, 1945; Лукин и др., 2011).
Длительное сельскохозяйственное использование черноземных почв может приводить к деградации и снижению их плодородия (Ефремов, 1980; Адерихин, Королев, 1987; Когут, 1998). В значительной степени это объяснимо увеличением кислотности черноземных почв, которое связано со снижением содержания кальция в почвах сельскохозяйственного назначения вследствие вымывания его и отчуждения с продукцией и т.д. (Музычкин и др., 1983; Макаров и др., 1995). В. Д. Муха и В.И. Лазарев (2003) по результатам 30-летнего опыта отмечают, что при длительном выращивании сельскохозяйственных культур, как на удобренном, так и неудобренном фонах, происходило подкисление чернозема типичного, что было тесно связано со снижением содержания подвижных форм кальция.
Фертигация оказывает неоднозначное влияние на кислотность почвы, что очевидно зависит как от качества воды, применяемой для орошения, так и от её механического состава и других особенностей почвы на участке, оборудованной подобной системой внесения удобрений (Parchomchuk et al., 1993) Кроме того применение фертигации может приводить как к закислению почвы (Neilsen et al., 1999), так и ее подщелачиванию (Попова, Фоменко, Фоменко, 2017),
Изучение фертигации посредством капельного орошения показало, «что в условиях Краснодарского края на черноземных почвах вносимые питательные вещества имели относительно малый контакт с активной частью поглощающей корневой системы и создавались очаги высокой концентрации элементов питания» (Попова, Фоменко, 2010), но при этом происходило подщелачивание черноземной почвы за счет наличия щелочных солей в поливной воде. Авторами было отмечено вымывание ионов кальция из мест локализации поливной воды и их концентрация в более глубоких слоях почвы или в стороне от контура увлажнения. Применение минерализованной воды для орошения даже при экономном ее расходе может вызывать перераспределение катионов в почве и деградацию черноземов.
Микробиологическая активность ризосферы и доступность элементов минерального питания
Деятельность почвенных микроорганизмов, находящихся в ризосфере, является важным фактором, влияющим на доступность и поглощение элементов питания (Красильников, 1958). Термин «ризосфера» был предложен в 1904 г. L. Hiltner (1904). Изучая влияние сидератов на почву, он обнаружил значительно большее количество микроорганизмов в прикорневой зоне и сделал вывод о том, что это результат деятельности корней. В дальнейшем было обнаружено, что меченые Р32 и S32 из дрожжей или бактерий в субстрате, впоследствии находили в растительный тканях (Шавловский, 1954). Жизнедеятельность микроогрганизмов в ризосфере может приводить к поглощению корнями растений аминокислот и других веществ (Прянишников, 1951; Ахромейко, Шестакова, 1954).
Ранее мы уже сообщали о положительном эффекте бактериальных удобрений на урожайность, содержание элементов питания в почве и количество микроорганизмов в ризосфере (Кузин и др., 2015; Кузин, Салатов, 2016а). В 2013-2015 гг. в экспериментальном саду ФНЦ им. И.В. Мичурина 2004 г. посадки проводили опыт с изучением влияния внесения удобрений различными способами на микробиологическую активность ризосферы. Внесение удобрений в почву разными способами оказало заметное влияние на количество микроорганизмов в ризосфере яблони (таблица 10; рисунок 23). Как правило, внесение минеральных удобрений в почву увеличивает число микроорганизмов в почве, т.к. они также получают дополнительное питание. Фертигация в данном случае способствует увеличению бактериальной активности за счет оптимизации водного режима. После прекращения подачи питания с поливной водой сокращается и количество микроорганизмов. В 2013 и 2014 гг. в июне максимальное число микроорганизмов в ризосфере было именно при фертигации.
В сентябре в 2013 г. в варианте с фертигацией было минимальное количество микроорганизмов, но это снижение было в пределах НСР. В 2014 г. численность микроорганизмов снижалась по сравнению с июнем, но оставалась максимальной, хотя также не была существенно выше, чем при внесении бактериальных удобрений. В 2015 г. нами было отмечено существенное увеличение числа микроорганизмов при внесении в почву бактериальных удобрений как в июне, так и в сентябре.
В целом за период исследований в июне только в варианте с заделкой количество микроорганизмов в ризосфере яблони не имело существенных различий с контролем. Максимальная микробиологическая активность была при фертигации. Внесение бактериальных удобрений приводило к увеличению числа микроорганизмов, тем не менее, в июне оно было достоверно меньше, чем при фертигации, но в данном варианте было отмечено максимальное количество микроогранизмов в конце вегетационного периода. Использование бактериальных удобрений способствовало поддержанию микробиологической активности почвы на высоком уровне в течение всей вегетации.
Содержание элементов питания в почве увеличивалось при применении всех удобрений, задействованных в исследованиях. При этом мы считаем необходимым отметить, что содержание легкогидролизуемого азота в почве при внесении бактериальных удобрений было на уровне применения минеральных удобрений различными спосбами (таблица 88, приложение Г).
Весьма заметное влияние внесение удобрений оказало на содержание доступного фосфора в почве (таблица 89, приложение Д). Его концентрация в контрольном варианте не менялась за время опыта, и была на низком уровне. Внесение удобрений как минеральных, так и бактериальных способствовало ее повышению до оптимального уровня. Также при использовании бактриальных удобрений увеливалось содержание обменного калия (таблица 90, приложение Е).
Концентрация элементов питания в почве не всегда имела корреляцию с количеством микроорганизмов в ризосфере. Так, в июне 2013 г. с содержанием легкогидролизуемого азота корреляции не было, а в сентябре взаимосвязь была средней по силе взаимодействия (рисунок 24). С концентрацией доступного фосфора в почве в 2013 г. не было достоверной взаимосвязи. Количество обменного калия в этом году имело достаточно заметную корреляцию с количеством микроорганизмов в ризосфере в июне, но к началу сентября сила этого взаимодействия снижалась.
Четкая тенденция к наличию положительной корреляции между количеством микроорганизмов в почве и содержанием легкогидролизуемого азота была отмечена нами в 2014 г. Также в этом году мы установли схожую взаимосвязь между концентрацией в почве обменного калия и ее микробиологической активностью. Такой же характер взаимосвязи между вышеупомянутым показателями был и в 2015 г. Содержание доступного фосфора в почве в эти годы не имело однозначной устойчивой связи с количеством микроорганизмов ни в июне, ни в августе.
Содержание основных элементов питания в листьях яблони в вариантах с внесением удобрений в целом было на уровне оптимальных значений (таблица 4), исключением была концентрация калия в листьях в 2015 г., что было следствием очень высокой плодовой нагрузки и перераспределения этого элемента между листьями и плодами (Кузин, Трунов, 2016). Применение бактериальных удобрений в течение всего периода обеспечивало оптимальное содержание азота в листьях, причем несколько выше, чем это было при внесении минеральных удобрений с заделкой в почву, особенно в 2015 г. (таблица 91, приложение Ж). При внесении бактериальных удобрений количество фосфора в листьях ниже оптимума было только в 2015 г. при высокой хозяйственной продуктивности на фоне высокой урожайности. Фертигация и в данном году обеспечивалоа оптимальную концентрацию фосфора в листьях. Содержание калия во всех вариантах опыта в 2013 г. было заметно ниже оптимального, но максимальным оно было в варианте с бактериальными удобрениями (таблица 93, приложение И). Примерно также ситуация была и в 2015 г., когда содержание калия в листьях было в пределах оптимального только при внесении бактериальных удобрений. Следует особо выделить, что бактериальные удобрения способствовали оптимизации содержания калия в листьях по сравнению как с внесением с заделкой в почву, так и фертигации.
Между содержанием общего азота и валового калия в листьях и количеством микроорганизмов в ризосфере была отмечена корреляция, сила взаимодействия между признаками у которой в разные годы и в различные периоды вегетации колебалась от средней до сильной (рисунок 25).
Количеством микроорганизмов в почве коррелировало с концентрацие фосфора в листьях за весь период исследований. Такой характер корреляционных взаимодействий объясняется тем, что высокая потребность растений в азоте и калии в значительной степени непосредственно обеспечивалась за счет деятельности микроорганизмов, в то же время поступление фосфора в растения во взаимодействии с почвенной микрофлорой происходит не столь однозначно.
По сообщению А.И. Ахромейко и А.В. Шестаковой (1954), в опыте с меченым фосфором в питательной среде бактерии ризосферы у древесных пород первыми поглощали фосфор и освобождали его только спустя некоторое время. Очевидно, что это и вызывает отсутствие видимой взаимосвязи между количеством микроорганизмов в ризосфере и содержанием фосфора в листьях.
Основная цель применения удобрений заключается в улучшении состояния растений и повышении их продуктивности за счет оптимизации содержания элементов питания в почве. Поэтому основным интегральным показателем, позволяющим оценить любое агротехническое мероприятие, является урожайность. Внесение бактериальных удобрений в почву не способствовало существенному увеличению урожайности яблони в целом за период исследований (рисунок 26).
Урожайность яблони под влиянием корневого и некорневого питания
О позитивном влиянии внесения минеральных удобрений в почву и применения некорневых подкормок на урожайность сообщают многие авторы. С.С. Рубин (1974) уделял много внимания большому значению корневого питания для нормального роста, развития и плодоношения. Регулярное внесение удобрений, по его мнению, является основой продуктивности насаждений. При этом важнейшее значение имеет поддержание влажности почвы на оптимальном уровне. В 20-летних опытах Ф.Н. Рыкалина (2010а) сообщается о высокой эффективности сочетания внесения удобрений с орошением.
В литературе большое значение придается также влиянию удобрений на снижение периодичности плодоношения яблони. Огромную работу в этом направлении проделал И.А. Коломиец (1976), которому удалось добиться регулярного плодоношения яблони в садах на сильнорослых подвоях. Удобрения и некорневые подкормки оказывают мощное воздействие на растение, оптимизируя многие физиологические процессы (Трунов и др., 2010а). Применение систем некорневых подкормок и внесение удобрений в почву оказывает положительный эффект на формирование компонентов продуктивности в течение всего сезона вегетации (Кузин и др., 2015).
О большом позитивном эффекте на урожайность и вегетативный рост растений яблони сорта Гала в Польше сообщает W. Treder (2006), отмечается позитивное влияние удобрений при правильно подобранных нормах внесения в Сербии (Miloevi T., Miloevi N., 2015). Однако, несмотря на большой эффект от применения удобрений в той или иной форме, их внесение требует очень взвешенного подхода, поскольку при повышении урожайности может в значительной степени ухудшаться качество плодов (Wiesler et al., 2009).
В течение многолетнего полевого опыта, проведенного нами в 2010-2015 гг., были годы с различными погодными условиями. В 2010 г., например, была экстремальная засуха, которая сопоставима с засухой 1972 г., каковая, согласно сообщениям синоптиков, была одной из самых жестоких в XX и ХХI в. (Фролов, Страшная, 2011; Черенкова и др., 2015). Подобных катаклизмов не было в последующие годы исследований, но то влияние, которое погодные условия оказали на развитие растений в 2011 г., несомненно, было весьма негативным.
В 2010 г. было достаточно обильное цветение яблони, но из-за высоких температур, низкой влажности воздуха и практически полного отсутствия осадков в период с июня по сентябрь включительно произошло значительное осыпание завязей и плодов в период их созревания. Закладка цветковых почек и их последующее развитие в подобных условиях не могли проходить нормально. В 2010 г., в целом, урожайность яблони в нашем опыте была очень низкой, относительный высокий результат был получен при использовании Системы 3 (на всех изученных почвенных фонах), но в случае с фертигацией это не было подтверждено статистически (таблица 36). Мы считаем, что основной причиной было включение в баковые смеси во все обработки кальбита кальция в сочетании с мегафолом, что повысило засухоустойчивость растений и снизило осыпаемость плодов. Значимость фактора А в 2010 г. была 17,7%, тогда как значимость некорневых подкормок составила 64,0%.
Для проведения анализа по алгоритму последовательной регрессии нами были введены следующие фиктивные переменные:
А) для систем некорневых подкормок
Б): для различных способов внесения удобрений
Согласно этому, что обработках по системе Комплекс Мастер урожайность по сравнению с контролем снижается на 1,04 т/га, а при использовании некорневых подкормок Система 1 и 2 - соответственно на 0,7 и 0,8 т/га. Некорневая подкормка Система 3 не оказывает статистически значимого влияния на урожайность. При внесении удобрений с заделкой и при фертигации урожайность по сравнению с контролем (без внесения удобрений) возрастает соответственно на 0,7 и 0,9 т/га. Модель адекватна с уровнем надежности 99,9%; множественный коэффициент корреляции равен 0,63.
В 2011 г. урожайность также была весьма низкой. Но нами отмечены достаточно резкие колебания урожайности по вариантам опыта, которые никак нельзя объяснить за счет действия удобрений или некорневых подкормок - от 1,2 до 7,1 т/га. Очевидно, что это последствия экстремальной ситуации, которая сложилась в предшествующем году. В данном году внесение удобрений в почву не оказало значительного влияния на урожайность, и значимость данного фактора составила всего 0,3%. Значимость фактора В также была не столь высока как в предшествующем году - 18,5%.
В 2011 г. уравнение регрессии, построенное по алгоритму последовательного регрессионного анализа было следующим: Y = 3,98 + 2,43Zi (2)
Согласное ему исключительно система подкормок Комплекс Мастер оказала достоверное воздействие на хозяйственную продуктивность. Модель адекватна с уровнем надежности 99%; множественный коэффициент корреляции равен 0,39.
В 2012 г. без внесения удобрений в почву применение Систем 1 и 3 оказало значительное влияние на повышение урожайности по сравнению с контролем 1. Внесение удобрений в почву оказало существенное влияние на повышение урожайности в рассматриваемом году.
На фоне внесения с заделкой лучше всего показало себя применение Систем 1 и 2. На фоне фертигации ни одна из изученных систем некорневых подкормок не обеспечила достоверное увеличение урожайности (хотя в целом он был весьма высоким). В этом году значимость фактора А (14,6%) была выше, чем фактора В (10,6%).
Уравнение регрессии, полученное нами при анализе данных за 2012 г. имеет следующий вид: Y = 22,95 + 4,84Z6 (3)
Оно показывает, что в этом только фертигация оказала достоверное воздействие на хозяйственную продутивность (урожайность возрастает на 4,84 т/га по сравнению с контролем). Модель адекватна с уровнем надежности 99%; множественный коэффициент корреляции равен 0,5.
В 2013 г. при относительно низкой урожайности в целом, при оптимизации почвенного питания было отмечено некоторое увеличение хозяйственной продуктивности, но оно не было достоверным. Применение Системы 2 без внесения удобрений в почву, а также системы Комплекс Мастер на фоне фертигации стимулировало заметное увеличение урожайности по сравнению с соответствующим контролем. Хотя внесение удобрений в почву и не оказало существенного влияния на урожайность значимость данного фактора была 8,7% и была выше, чем применение некорневых подкормок – 5,0%.
При проведении регрессионного анализа по данным 2013 г. нами получено следующее уравнение: Y = 2,9 + 0,83Z1 + 1,71Z3 + 1,42Z4 + 1,13Z5 + 2Z6 (4)
Согласно данному уравнению при обработках системой Комплекс Мастер урожайность по сравнению с контролем повышается на 0,8 т/га, а при использовании некорневых подкормок Система 2 и 3 - соответственно на 1,7 и 1,4 т/га. Некорневая подкормка Система 1 не оказывает статистически значимого влияния на урожайность. При внесении удобрений с заделкой и при фертигации урожайность по сравнению с контролем (без внесения удобрений) возрастает соответственно на 1,1 и 2,0 т/га. Модель адекватна с уровнем надежности 99,99%; множественный коэффициент корреляции равен 0,79.
В урожайном 2014 году внесение удобрений в почву оказало значительное влияние на увеличение продуктивности (значимость фактора А – 24,4%). Среди систем некорневых подкормок наиболее стабильный эффект был от применения Системы 2 (на всех изученных почвенных фонах). Использование Системы 234 способствовало достоверному увеличению урожайности без внесения удобрений в почву и на фоне фертигации. Применение некорневых подкормок оказало существенное влияние на формирование урожайности насаждений, но значимость фактора В составила всего 8,7%. При анализе полученных данных методом последовательного регрессионного анализа нами было получено следующее уравнение: Y = 17,4 + 2,66Z3 + 2,89Z4 + 4,12Z5 + 5,67Z6 (5)
Оно показывает, что при некорневой подкормке «Система 2» и «Система 3» урожайность по сравнению с контролем повышается соответственно на 2,7 и 2,9 т/га. Некорневые подкормки Комплекс Мастер и Система 1 не оказывает статистически значимого влияния на урожайность. При внесении удобрений с заделкой и при фертигации урожайность по сравнению с контролем (без внесения удобрений) возрастает соответственно на 4,1 и 5,7 т/га. Модель адекватна с уровнем надежности 99,99%; множественный коэффициент корреляции равен 0,76.
Совершенствование методических подходов в опытах с минеральными удобрениями в интенсивных садах яблони
Одной из важнейших задач агрохимических исследований является определение формы азотных соединений, которая может служить оценкой содержания азота, доступного для питания растений (Кондаков, 1978). За время проведения исследований нами были уточнены некоторые аспекты проведения опытов с удобрениями в интенсивных садах, в частности, по определению формы азота в почве, наиболее отвечающей задачам диагностики питания растений (Кузин и др., 2014). Важнейшей проблемой проведения исследований, связанных с изучением влияния удобрений в насаждениях яблони, является высокая вариабельность получаемых результатов, зависящих от комплекса многочисленных факторов. В современной ситуации сложившейся в научных учреждениях это приводит к определенному противоречию. С одной стороны, для повышения достоверности результатов необходимо, например, увеличение количества деревьев в опытных делянках и количества повторений для снижения эффекта вариабельности почвенного плодородия, а с другой стороны, отсутствие необходимых земельных площадей, оборудованных системами капельного орошения и фертигации, количества персонала и финансовых средств.
Оптимальным подходом в данном случае является применение мелкоделяночных полевых опытов, что позволяет снизить финансовые и трудовые затраты (Григорьева, 2015). Правильный выбор размера опытной делянки и их расположение являются основой получения достоверных результатов в опытах с удобрениями. В современной отечественной и зарубежной литературе относительно мало информации о методике проведения опытов с удобрениями в интенсивных насаждениях яблони.
Участок сада, предполагаемый для закладки, должен иметь одинаковый рельеф, типичный для региона проведения исследований. Перед закладкой опыта должно быть проведено агрохимическое обследование территории, проведен анализ образцов почвы, взятых с разных частей участка и определены содержание легкогидролизуемого азота, обменного калия, доступного фосфора, подвижного кальция, гумуса, кислотность почвы, сумма обменных оснований. Глубина взятия образцов может быть различной в зависимости от целей эксперимента, но обязательным должно быть взятие образцов в слое 0-20 см и 0-40 см. В интенсивных садах яблони, оснащенных системами капельного орошения и фертигации, пробы следует отбирать в местах локального внесения удобрений под капельницей, в зоне расположения основной части корневой системы растений (Патент 2588640 С1, 2016).
Состояние деревьев в насаждении должно быть хорошим, без повреждений штамбов, полу- и скелетных ветвей. Если междурядья содержатся по типу черного пара, то не должно быть сорняков. Приствольные полосы должны быть чистыми от сорняков и другой посторонней растительности. Растения в опытных делянках должны быть выровнены между собой. Особенно важна выравненность растений при закладке опыта по принципу «дерево-делянка». Для подбора растений необходимо провести оценку по диаметру штамбов и в год закладки опыта провести учет плодовых образований для исключения большой вариабельности урожайности в опыте. Измерение штамбов деревьев на слаборослых подвоях следует проводить штангенциркулем на высоте 20 см (Кондаков, 1978). Следует учитывать, что между опытными делянками должно быть 2-4 дерева защиты для предотвращения взаимного влияния исследуемых приемов.
При планировании экспериментов с различными нормами фертигации целесообразно подобрать делянки вдоль одного ряда, разделенные кранами и в конце ряда планировать минимальную норму, в середине ряда среднюю и в начале ряда максимальную норму внесения.
В мелкоделяночных опытах, по нашему мнению, оптимальным может быть количество деревьев в делянке, равное 5, при 3-кратной повторности. При этом каждое дерево должно быть учетным. Это в значительной степени нивелирует вариабельность почвенного плодородия и состояния деревьев и в то же время снижает трудовые затраты. В опыте по принципу «дерево-делянка» даже при десятикратной повторности различия между делянками могут быть очень сильными и представлять сложность при оценке действия изучаемого фактора.
Расположение делянок различных повторений в разных вариантах опыта следует осуществлять случайным образом (рендомизированно) для исключения вариабельности почвенного плодородия, таким образом, чтобы делянки в одновременных опытах, но в одних повторениях не располагались рядом друг с другом.
В большинстве случаев, связанных с изучением внесения удобрений в почву и сопряженных с этим факторов (содержание почвы, орошение и т.п.) следует проводить опыты с несколькими деревьями в делянке. Непосредственно в начале и в конце опытных рядов должны быть защитные деревья, а также опытные деревья не следует закладывать в крайних рядах непосредственно рядом с ветроломными полосами.
При изучении питания в интенсивных садах яблони при планировании эксперимента следует руководствоваться комплексным подходом. Минеральное питание растений можно разделить на почвенное и листовое, и они дополняют друг друга. Внесение различных удобрений, в особенности по листу, оказывает мощное влияние на качество формируемых плодов, поэтому необходима оценка их биохимического состава. Неотъемлемой частью опытов с удобрениями должно быть наблюдение за изменением качества плодов и развитием физиологических заболеваний в процессе хранения.
Наблюдения и учеты следует проводить во все основные фенологические фазы вегетации: распускание почек, развитие генеративных почек, цветение, формирование завязей и плодов, конец роста побегов, формирование и созревание плодов, уборка, период покоя растений. Для оценки формирования компонентов продуктивности в течение вегетационного периода необходимо не просто оценка цветения в баллах, но проведение количественного учета цветков на деревьях. Подсчет количества соцветий, плодиков и плодов на деревьях осуществляется визуально на всем дереве. При большом объеме работы возможно выделение модельных ветвей или подсчет только в одной части кроны и затем пересчет в количество объектов на всем дереве.
Для учета роста побегов на дереве А.К. Кондаков (1978) рекомендует выделять модельные ветви и отмечать этикетками или краской, которые не обрезаются в течение ведения исследований. Но в условиях плотной посадки разрастание отдельных ветвей может быть недопустимо для формирования оптимальной кроны. Также в современных садах приводится интенсивная ежегодная обрезка, которая может существенно искажать полученные результаты измерений в связи с перераспределением пластических веществ и изменением растительной активности в относительно небольшой кроне. Мы считаем, что в данном случае оценка влияния удобрений на ростовую активность должна происходить по оценке прироста диаметра штамбов.
Оптимальным способом определения урожайности является взвешивание плодов, собранных со всех деревьев в опытной делянке. Из собранного урожая отбирается 50 плодов для определения средней массы плода, проведения дальнейших анализов по определению химического состава и начальных показателей при закладке на хранение. Также отбирается проба в количестве не менее 300 плодов для закладки на хранение. Плоды, предназначенные для хранения, взвешиваются отдельно, и на каждом экземпляре указывается его масса с точностью до 0,1 г для последующего учета влияния удобрений на естественную убыль массы.
Основная цель исследований с удобрениями заключается в определении закономерностей влияния различных агрохимикатов и удобрений, их норм и соотношений, а также сочетаний между собой на урожайность и качество получаемой продукции для формирования эффективной и экономически обоснованной системы удобрений. Схема опытов должна соответствовать целям и задачам конкретного исследования, но она должна максимально учитывать сочетания различных способов применения удобрений и комбинаций элементов питания. Например: 1) контроль 1 – без удобрений, 2) контроль 2 – с существующей нормой внесения, 3) фертигация NPKmax, распределенное по фазам вегетации, 4) фертигация NPKaverage (average – среднее), 5) фертигация NPKmin, 6) внесение удобрений в приствольные полосы с заделкой NPKmax, 7) внесение удобрений в приствольные полосы с заделкой NPKaverage, 8) внесение удобрений в приствольные полосы с заделкой NPKmin. При изучении эффективности некорневых подкормок следует изучать их действенность и на фоне внесения удобрений в почву. Возникает вопрос о необходимости опрыскивании водой в контроле. В литературе нет практически никаких сведений о заметном влиянии таких обработок на элементный состав органов растений и их состояние. Мы считаем, что в контроле при изучении некорневых подкормок также должны быть два контроля – «чистый» контроль без обработок и « хозяйственная» система. При определении схемы опыта вне зависимости от количества удобрений следует иметь т.н. «чистый» контроль, т.е. вариант без внесения удобрений, а также т.н. «хозяйственный» контроль, т.е. с использованием распространенной нормы внесения. Помимо этого в многофакторном опыте следует иметь контроль по каждому фактору.